氨汽提尿素装置的技术改进.docx
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氨汽提尿素装置的技术改进
河南广播电视大学
毕业设计（论文）
氨汽提尿素装置的技术改进
专业：
应用化工技术
姓名：
王大鹏
学号：
1041001464674
指导老师：
石玉冰
二〇一二年十一月六日
摘要
河南煤化集团中原大化有限公司尿素装置采用斯纳姆氨汽提尿素生产工艺，该技术是目前世界上几大尿素生产技术之一，该技术比较成熟，在国内已建成数套装置。
系统分为高压段、中压段、低压段、水解解吸段和蒸发造粒段辅助系统有压缩岗位、泵岗位、冲洗水系统和循环水系统。
该工艺特点是操作弹性大，设备腐蚀较轻，运转效率较高。
但投产以来，设备运行中，还是出现了一些问题。
本文着重对中原大化尿素装置中压系统和水解解析系统运行过程中出现的问题及相应的技改措施，工艺调整进行分析和总结。
关键词：
氨汽提尿素装置中压系统技术改造水解解吸段技术改造
目录
前言：
1
第一章中压系统系统的技术改造1
1.1中压甲铵冷凝器106冷却水系统的改造1
1.2外送液氨管线的改造2
1.3液氨贮槽V105改造2
1.3.1V105液位指示不准2
1.3.2液氨贮槽V105进氨基甲酸铵3
1.4中压吸收塔C101的优化操作及改造3
第二章低压放空尾气装置的改造4
2.1低压系统工艺流程简介4
2.1.2问题的提出4
2.1.3技术改造方案5
2.2安全阀PSV09404阀后管线的改造5
第三章水解解吸系统的改造5
3.1尿素水解工艺流程5
3.2运行中存在的问题6
3.3系统改造7
3.3.1水解压力控制阀增设副线7
3.3.2解析塔塔盘改造7
第四章合成塔的改造8
第五章蒸汽冷凝液系统改造8
5.1尿素蒸汽冷凝液系统超温超压的原因8
5.2V110改造情况8
参考文献：
10
后记11
致谢11
前言：
随着世界经济的发展，各国农业和工业对尿素的需求量正在逐步增大，但同时随着天然气和煤炭资源的逐步减少，尿素的生产成本正在成逐步上的趋势，而且上升趋势在加快。
因此，各尿素生产厂家都把节约生产成本放在很重要的物质。
其次，随着人们环保意识的增强，各厂商也必须对其工艺设备进行改造和优化操作减少氨耗，减少对环境的污染，同时节约成本增加效益。
中原大化尿素装置自投产以来暴露出许多问题，经过车间全体员工的共同努力，对所出现的问题进行全面分析，认真总结，通过技术改造和工艺操作方法的改进，在不太长的时间内就实现装置的达标为提高市场竞争力，优化资源结构，进一步降低生产成本,奠定了坚实的基础。
第一章中压系统系统的技术改造
1.1中压甲铵冷凝器106冷却水系统的改造［1，4，9］
中压甲铵冷凝器E106管侧走的是来自于氨冷器E109的38℃的冷却水，而壳侧走的是100℃以上的甲铵液。
中压冷凝器E106工作温度较高，换热后CW水温度高达60℃以上，导致碳酸盐析出并附着在换热管内形成垢物（主要成分是Ca2+、Mg2+、SiO2）。
该换热器是四管程结构，阻力较大，CW水流速较慢，因此冲洗水在管程停留时间较长，从而加速了垢物的形成。
因此，换热器的换热效率大为降低，使得中压分解产生的大量气体不能得到彻底冷凝，极易出现超压现象，情况严重时系统无法正常运行，需停车对垢物进行清理。
改造方法如下。
（1）将CW水由原来经过中压氨冷器来的二次水改为直接从CW上水总管来的一次水，使中压冷凝器E106CW水的进口温度由38℃下降至28℃相应降低CW水的出口温度至50℃以下,这样不仅减少了碳酸盐分解析出，也提高了进、出E106的CW水压差,提高CW水的流速和流量，对防止结垢起到了很好的作用。
（2）将CW水侧由四管程改成二管程，以提高流速和流量。
（3）改换循环水水稳剂配方。
由原来一聚磷酸盐加锌为主剂的磷系配方改为适合我厂水质要求的高效全有机复合型配方。
新配方缓蚀阻垢效果好，热稳定性好，选用范围宽。
（4）增加设备E106B，保证中压甲铵冷凝器的冷凝效果。
利用供水去锅炉的低温脱盐水，对甲铵液进行预冷却，经过E106B冷却的甲铵液再由E106进行冷却。
E106B的投用有利于废热的综合利用，降低了E106的冷却负荷的同时，提高了去锅炉脱盐水的温度，起到了一举两得的效果。
1.2外送液氨管线的改造
氨受槽V105的容积只有55.9m3，当系统停车，合成塔R101排塔时，V105需要接收前系统的氨，有可能造成V105满液。
此外，当检修中压系统时，V105里的氨必须排干净，只能通过密闭排放，容易造成环境污染。
因此，我们在氨升压泵P105至高压氨泵P101管线间增加一条外送管线。
关闭Lv09305及其切断阀，打开界区氨切断阀，通过P105将V105内的氨外送至合成车间，即可避免排塔时V105满液，又可避免对环境造成污染。
但必须指出的是，一旦V105内的氨纯度较低或者进入甲铵，不允许将这些氨外送至合成车间，一免污染了氨球罐内的液氨。
1.3液氨贮槽V105改造
由于液氨贮槽V105中的液氨经中压氨泵P105打出的液氨除一部分作为中压吸收塔C101回流外，还有一部分经高压泵P101送入高压系统，因此，控制好液氨贮槽V105内液氨的纯度及液位，对整个系统的运行至关重要。
正常生产中，液氨贮槽V105影响系统运行主要有以下几个方面。
1.3.1V105液位指示不准
造成液位指示不准的原因主要有以下几点。
（1）热洗V105后，V105液位计总管下部U形管内积存的水未排放，导致引氨后视镜指示一直在60左右，而实际V105处于满液状态。
（2）开车引氨时，V105视镜气相阀未开，指示偏差很大。
（3）甲铵结晶或催化剂粉、铁锈等杂物堵塞导液管。
从上述可以看出，引起V105液位指示不准主要是开车引氨时的原因较多，因此，在开车时要多注意，发现问题及时处理，避免因V105液位指示不准影响系统的正常运行。
1.3.2液氨贮槽V105进氨基甲酸铵
液氨贮槽V105进氨基甲酸铵后，再经中压氨泵P105进入高压氨泵P101，直接造成高压氨泵P101内汽化，严重时造成高压氨泵P101跳车，整个系统停车，因此，要严格防止液氨贮槽V105进氨基甲酸铵。
液氨贮槽V105的技术改造如下。
（1）P105A/B进液总管改造P105A/B进液总管原设计高出V105底部10cm，甲铵进入V105后，很容易进入P105A/B，于是P105A/B内汽化，P101跳车，系统停车。
后将P105A/B进液总管增高了10cm，目的是防止甲铵进入P105A/B，效果比较好。
（2）P105A/B进液总管处加一挡板El09下液管和Pl05A/B进液总管之间加一挡板，V105进甲铵液以后，可以有效地降低甲铵液进入P105、P101的量及浓度，可以提供时间引新鲜液氨对甲铵液进行稀释，防止P105A/B内汽化，P101跳车，系统停车。
通过以上对中压系统的改造，保证了SNAM尿素中压系统的稳定运行，减少了系统的停车次数，增加了公司的经济效益。
1.4中压吸收塔C101的优化操作及改造
中压吸收塔C101塔底溶液经PlO2升压，送往高压系统，因此，中压吸收塔C101液位控制对系统的运行非常重要。
长期以来，由于C101液位波动，及组分变化，经常造成PlO2内汽化，影响到系统的正常运行。
根据以往经验，对中压吸收塔C101进行以下改造：
（1）将C101内的十字分布器上提300mm；
（2）C101去P102管线入口下延200mm；
（3）在P102入口上200mm处加一个直径为800mm的罩；
（4）P102人口管线加十字止旋器。
运行总结：
改造后彻底解决了P102的汽化问题。
C101和P102运行都很稳定。
第二章低压放空尾气装置的改造
2.1低压系统工艺流程简介
离开中压分解塔底部的溶液进入低压分解塔的分离器V103，释放出的闪蒸气在溶液进入加热器El03前被分离，未被分解的甲铵在低压分解塔再进行加热分解。
此热量由4.4×105Pa（绝压）饱和蒸汽供给。
离开分离器V103顶部的气体与来自解吸塔C102的气体汇合，首先进入氨预热器E107，对液氨进行预热，然后进入低压冷凝器El08被部分冷凝吸收，同时放出的热量被循环水带走。
被冷凝后的气液混合物进入碳铵液贮槽V106，不冷凝的惰性气在低压惰性气体洗涤器内被洗涤后经放空阀PV09403放空。
而V106内碳铵液经泵P103返回预浓缩器，作为中压分解气的吸收液使用。
由低压分解塔底部出来的溶液经减压到0.34×105Pa（绝压）进入降膜式真空预浓缩器。
2.1.2问题的提出
2009年l0月10—16日，对低压放空阀PV09403后放空气取样分析，发现放空气中含有大量的气氨，具体分析数据见表2-1。
表2-12009年低压放空分析数据
时间
NH3
H2O
O2
N2
H2
CH4
CO2
10月10日
8:
30
88.00
0.00
1.68
9.03
1.10
0.19
0.00
16:
30
97.31
0.00
0.45
1.36
0.88
0.00
0.00
10月11日
8:
30
83.00
0.00
3.15
10.14
5.44
0.16
0.00
16:
30
92.15
0.00
2.36
8.11
0.00
0.15
0.00
10月12日
8:
30
96.13
0.00
0.57
1.90
1.38
0.02
0.00
16:
30
97.00
0.00
0.45
1.45
1.29
0.01
0.00
10月13日
8:
30
96.13
0.00
3.15
1.90
1.39
0.02
0.00
16:
30
91.10
0.00
2.36
4.27
2.25
0.10
0.00
10月14日
8:
30
92.52
0.00
0.57
6.26
0.00
0.13
0.00
16:
30
89.10
0.00
0.45
5.44
3.91
0.10
0.00
10月15日
8:
30
84.00
0.00
0.57
8.55
5.47
0.19
0.00
16:
30
94.00
0.00
2.47
5.79
0.00
0.07
0.00
10月16日
8:
30
84.92
0.00
2.19
7.70
5.05
0.14
0.00
16:
30
85.87
0.00
2.14
7.94
3.94
0.11
0.00
在原始设计中，此处放空气为10kg/h的惰性气体（主要指氮气等惰性气体）。
所以实际生产与设计要求严重不符，既增加了尿素生产成本，又对环境造成了污染。
分析产生该结果的主要原因：
一是系统有时超负荷（达到110％）运行；二是随着第一、二、三套三胺装置的投产，三胺产生的大量尾气（即碳铵液）返回V106；三是随着三胺的一套小水解解吸装置的投产，其产生的氨和CO2经冷却加水后也送到V106。
对此，公司决定对其进行技术改造，以达到环保回收低压放空尾气中氨的目的。
2.1.3技术改造方案
根据生产情况和分析数据，利用当年大修机会对低压放空系统进行了如下改造：
增加1条到工艺冷凝液槽T102（工艺冷凝液组成为6％左右的氨和1％左右的尿素，其余为水）的管线，将原来一直放空的低压尾气回收至T102内，通过工艺冷凝液进行吸收，未吸收的气体通过T102上的排放阀弛放人大气。
通过以上技术改造，困扰尿素装置低压尾气氨含量高的难题得到较好的解决,减少氨耗的同时减少了对大气的污染，同时也增加了效益。
2.2安全阀PSV09404阀后管线的改造
安全阀PSV09404是高压氨泵P101出口管线上的安全阀，阀前压力较高，已泄漏。
阀后管线原设计是接至碳铵液储槽V106，但是在装置运行过程中，由于有少量的氨泄漏，造成低压系统超压。
现将PSV09404阀后管线接至E109，PSV09404即使有少量的泄漏，但经过E109的冷凝后，进入液氨储槽V105，也不影响中压系统压力，效果较好。
第三章水解解吸系统的改造
3.1尿素水解工艺流程［2,9］
来自密闭排放系统的废液收集于密闭排放槽T104后，经密闭冷凝液回收泵P116A/B与来自蒸发系统的工艺冷凝液一同进人工艺冷凝液贮槽T102。
然后由解析塔给料泵P114A/B）经解析塔预热器Ell6预热后，送至解吸塔C102上塔顶部进行初步解析。
由上塔底部出来的135℃工艺废液，经水解塔给料泵P115A/B由水解塔预热器E117A/B加热至225℃后，送人水解塔R102内进行水解，从水解塔出来的气体与解析气汇合后送人低压系统回收利用。
水解液经水解塔预热器E117A/B进入解析塔下塔顶部，在此进一步彻底解析。
氨和二氧化碳经升气帽进入上塔，废液由塔底排出经解析塔预热器Ell6换热后送出界区外。
3.2运行中存在的问题
（1）水解塔压力控制阀Pv09701不能满足水解气相排放量的要求。
由于原设计此阀流通量严重不足，该阀自原始开车以来一直处于全开状况，完全失去了控制系统压力的作用。
水解压力自开车以来一直由水解塔液位控制阀Lv09705的开度大小来调节，液位无法建立，系统操作很不稳定，达不到水解的目的。
水解塔出液中，氨和二氧化碳质量分数基本接近设计值（氨0.73％，二氧化碳0.14％），但尿素质量分数约为0.20％，远远超过设计值O％。
（2）由于水解塔液位LIC09705不能建立，水解塔压力控制阀Pv09701全开状况不能满足水解气相排放量的要求，致使大量气体因受系统控制压力的需要而从液位控制阀Lv09705排出，造成对解析塔C102塔盘和升气帽的冲击损坏，而水解塔预热器E117A/B则因受气液相混合物的长期冲蚀而经常发生泄漏，导致废液中尿素质量分数约为0.05％,不能达标。
（3）水解塔预热器E117B列管多次泄漏。
由于其列管较长且位于解析和水解之问的压差最大（约3.0MPa）部位，加之水解液相的大量带气所造成的严重冲蚀，致使水解塔预热器列管多次发生泄漏。
严重地影响了E1l7列管的换热效果。
（4）解析塔C102气相带液严重。
自原始开车以来，解析塔C102气相曾多次发生液泛现象，严重时造成低压碳铵液贮槽V106液位无法控制，液泛现象难以消除，严重污染环境。
（5）解析塔C102塔盘和升气帽严重损坏。
由于大量水解气相随着水解废液一同排出，在进解析塔C102下塔顶部后的降温、降压过程中，能量大量释放，气体直冲而上，以致造成对解析塔C102塔盘和升气帽的严重破坏。
（6）水解塔给料泵P115A/B机械密封经常损坏。
由于解析塔C102隔板升气帽的严重损坏，致使解析塔C102上塔无液位或液位显示失灵，加之机械密封设计冲洗水温度较高等原因，经常造成水解塔给料泵P115A/B泵机械密封的损坏。
3.3系统改造
针对上述问题，公司先后对尿素水解系统进行了一系列的技术改造，并分别收到了预期的效果。
具体改造措施如下：
3.3.1水解压力控制阀增设副线
（1）改造内容。
据一般生产负荷下水解负荷气相排放量的要求，及便于系统调节和控制的原则，在水解系统压力控制阀Pv09701前后管线上增设了1个0.8mm的副线阀，以便配合主控制阀充分排放水解气相和稳定控制系统压力。
（2）改造效果。
①改造后，水解塔液位控制阀LIC09705能够充分发挥其液位控制的作用，水解器液位能够控制在正常范围50％左右。
②水解气相无法控制的问题得到解决，水解压力能够控制在正常范围3.5MPa。
③消除了用液位阀控制系统压力，避免大量气体从此阀排出对水解塔预热器E117A/B的冲蚀和对解析塔塔盘和升气帽的冲击损坏。
④排放废水中尿素质量分数能够达到设计指标5x10-6以下。
3.3.2解析塔塔盘改造
（1）改造内容。
①将解析塔C10255块浮阀塔盘拆除，更换成4层304不锈钢材质的规整填料。
②将升气帽由“V”形改成“介”形，新增了1个203.2mm升气帽。
③解析进液由两根管合为一根。
④为检修方便，新开设一人孔。
（2）改造效果。
①解析塔操作难度大，经常液泛的问题得到彻底解决。
②解析能力得到提高，由原来的40m3/h增加到60m3/h，解吸能力提高了50％。
③操作弹性大大增加，解析负荷可在短时间内迅速加减。
④解析废液能够实现达标排放。
经过上述技术改造后，原来装置存在的塔盘吹翻、解析液泛、液位不易控制、废液不达标等问题得到了彻底解决。
水解塔预热器E117A/B改造至今仍未发现列管泄漏现象，而且废液一直处于达标状态，达到了预期的效果。
第四章合成塔的改造
增加塔盘层数，解决合成塔返混空间大的问题。
减少返混空间。
修改塔盘的筛孔数，使流通面积由底部至顶部逐渐减少，并要保证合成塔顶底压差不变。
塔盘增加下围堰，保证气相不走短路，同时使每层塔盘气液混合时能形成活塞流，塔盘下面增加一高为60mm的围堰，气液混合物料进入筛板下部后，气体在筛板下面形成一气相层，以保证气体能从筛孔中通过上升，而液体则通过筛板与塔壁之间的环隙上升，这样就把合成塔分隔成多个串联的小室，而每一小室的生成物浓度总比下边的一小室的生成物浓度高，这样保证了合成塔操作的技术经济性。
通过合成塔塔盘的增加和塔盘增加围堰的方法，很好的解决了二氧化碳转化率低，合成塔尿液返混严重的现象。
第五章蒸汽冷凝液系统改造［6］
5.1尿素蒸汽冷凝液系统超温超压的原因
尿素装置和三胺装置联产时，中压甲铵泵P103出口的甲铵液分为两路：
一路送三胺装置后由LV31300返回碳铵液；一路经LV09302后与三胺装置返回的碳铵液汇合，再一同进人中压气液分离器V102气相。
因三胺返回液的压力为2.3MPa，P103出口送往LV09302的甲铵液压力为3.0MPa，因此导致三胺返回物料困难。
后将2股物料分开，分别进人V102气相。
进人V102气相的碳铵液回收到中压吸收塔C101，由高压甲铵泵P102送往高压系统回收。
三胺装置在生产中产生的大量碳铵液返回到尿素高压系统后，造成合成反应水碳比增加：
一方面导致CO2转化率下降（水碳比每增加0.1，转化率下降1％-1.5％）；另一方面导致高压甲铵冷凝器产汽量增加，中、低压蒸发系统负荷加重，系统耗汽量增加，大量蒸汽冷凝液回收到蒸汽冷凝液槽Vll0，造成V110超温超压，蒸汽冷凝液系统超温超压。
5.2V110改造情况
（1）要降低Vll0的温度和压力，必须加大去Vll0的低温脱盐水量而原始设计的TV09803正常降温的低温脱盐水量不足。
尿素系统正常生产时，高压甲铵冷凝器E104到Vll0的电磁阀LV09205B是关闭的，所以在El04到Vll0的回水管线上加一低温脱盐水管线，有利于补液正常进入Vll0，从而降低Vll0温度。
这样一旦系统需要大量脱盐水，可以及时补充，确保V110液位正常，防止因Vll0液位低造成冷凝液在P110汽化。
（2）在Vll0放空管线上增加一气液分离器，分离出的蒸汽冷凝液通过其底部接一管线到Vll0的就地排放管线上，从而起到降温降压以及减少Vll0放空时夹带蒸汽冷凝液的作用。
（3）增高C106的高度，使C106的塔体空间增大；相应提高TV09803进口和进口的液盘分布器，使低温脱盐水与Vll0内的蒸汽充分接触，这样能有效地提高蒸汽的回收能力，降低Vll0的温度和压力。
（4）分别从V1l0补液管线LV09801A上和新加的补液管线上各接1条低温脱盐水管线，连接到PIO1冲洗水泵进口，防止冷凝液在P110汽化造成P101断低温脱盐水而停运。
参考文献：
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化学工业出版社，2005.
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[6]王斌.氨汽提尿素装置蒸汽冷凝液系统改造.中氮肥第5期2008年9月.
[7]谭玮.氨汽提尿素工艺设计改进分析.2012年6月第35卷第3期.
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[10]石湘伟彭爱军孙斌.尿素解吸装置的改造.2005年8月第43卷第4期.
后记
论文主体系参考文献记录学习研究总结，本人从事化工工作十数年，对化工生产有了一定的理解。
本文是结合本人所从事的实际工作十数年内遇到的问题进行的一次大总结。
在此，感谢给予帮助的本班同事及分厂领导的大力支持。
致谢
本篇论文的完成是在石玉冰导师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着石玉冰老师的心血和汗水，在三年的大学学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导无私的关怀，我受益匪浅。
在此向石玉冰老师表示深深的感谢和崇高的敬意。
同时此论文也得到了公司各位同事的大力帮助，在此一并表示感谢。
不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。
正才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向应用化工技术专业的全体老师表示由衷的感谢，感谢他们三年来对我的辛勤栽培。
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